【摘 要】
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土壤有机质(SOM)的稳定性与有机碳周转、土壤肥力等密切相关,转变耕作措施可能会影响SOM的数量和稳定性。热分析技术主要包括热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC),可以通过相关参数表征SOM的热稳定性。本研究基于中科院栾城农业生态系统实验站的长期定位试验探讨不同耕作措施下SOM的热稳定性、化学结构及其关联性。试验开始于2001年,设四个处理,分别为翻耕+秸秆不还田(CK)、翻耕+秸秆还田(C
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土壤有机质(SOM)的稳定性与有机碳周转、土壤肥力等密切相关,转变耕作措施可能会影响SOM的数量和稳定性。热分析技术主要包括热重分析(TG)和差示扫描量热分析(DSC),可以通过相关参数表征SOM的热稳定性。本研究基于中科院栾城农业生态系统实验站的长期定位试验探讨不同耕作措施下SOM的热稳定性、化学结构及其关联性。试验开始于2001年,设四个处理,分别为翻耕+秸秆不还田(CK)、翻耕+秸秆还田(CT)、旋耕+秸秆还田(RT)和免耕+秸秆还田(NT)。在2017年小麦收获后,采集0-10 cm和10-20 cm 土层土样。通过物理分组技术分离不同的粒级,包括砂粒(>53 μm)、粉粒(2-53 μm)和粘粒(<2μm)。热稳定性参数包括%Exo1(热易分解有机质占有机质的比例)、TG-T50(有机质分解一半时对应的温度)、DSC-T50(有机物燃烧释放产生总能量的一半时所对应的温度)和ED(单位SOM释放能量的值)等指标。同时,利用固态13C核磁共振波谱技术(13C-NMR)分析整土中SOM的官能团种类、相对丰度及表征SOM稳定程度的指标A/A-O(烷基碳与烷氧碳中炔基碳与双氧烷基碳和的比值)。此外,尝试建立热稳定性参数与官能团之间的关联性。主要结果包括如下几个方面:(1)整土中,0-10 cm 土层土壤有机质的热稳定性低于10-20 cm 土层热稳定性;秸秆还田能够有效增加土壤有机质的含量,特别是不稳定有机质的相对含量;NT、RT处理相对其他耕作措施,土壤有机质的热稳定性低于其他处理的热稳定性。(2)不同粒级中,砂粒、粘粒含有更多的土壤有机质,且其所含的土壤有机质的类型不同;砂粒的热稳定在0-10 cm 土层和10-20 cm 土层均低于粉粒和粘粒的热稳定性;NT、RT处理显著降低了砂粒的热稳定性;质量相关指标与能量相关指标具有一定的相关性,但质量指标比能量指标具备更好的规律性来反映土壤有机质的热稳定(3)基于NMR技术下,整土 0-10 cm 土层相对10-20 cm难降解官能团的相对含量降低;NT处理相对其他耕作方式降低了不稳定官能团的相对含量,提高了不稳定官能团的含量;固态13C核磁共振波谱技术能够较好的作为热分析技术的补充技术,来反映不同耕作措施下的土壤有机质的稳定性,土壤中特定官能团的含量与热分析指标有显著的相关性。因此,长期免耕会降低整土在0-10及10-20cm 土层的热稳定性;在不同粒级中会降低砂粒结合土壤有机质的热稳定性;会促进不稳定官能团向难分解官能团的的转化,提高土壤有机质的稳定程度,是提升土壤有机质“质量”的重要耕作措施。
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